年產(chǎn)10萬噸醋酸工藝設(shè)計

1、年產(chǎn)10萬噸醋酸工藝設(shè)計第一章概述醋酸是一種有機化合物，又叫乙酸(ethanoic acid)別名：醋酸(acetic acid)、冰 醋酸(glacial acetic acid)。分子式：C2H4O2 (常簡寫為HAc)或CH3COOH。是典型的 脂肪酸。被公認為食醋內(nèi)酸味及刺激性氣味的來源。純的無水乙酸(冰醋酸)是無色 的吸濕性液體，凝固點為16.7 C (62 )，凝固后為無色晶體。盡管根據(jù)乙酸在水 溶液中的離解能力它是一個弱酸，但是乙酸是具有腐蝕性的，其蒸汽對眼和鼻有刺激 性作用。乙酸是一種簡單的羧酸，是一個重要的化學試劑。乙酸也被用來制造電影膠 片所需要的醋酸纖維素和木材用膠粘劑中

2、的聚乙酸乙烯酯，以及很多合成纖維和織 物。在家庭中，乙酸稀溶液常被用作除垢劑。食品工業(yè)方面，在食品添加劑列表E260中，乙酸是規(guī)定的一種酸度調(diào)節(jié)劑.醋酸是一種用途廣泛的基本有機產(chǎn)品，也是化工、醫(yī)藥、紡織、輕工、食品等行 業(yè)不可缺少的重要原料。隨著醋酸衍生產(chǎn)品的不斷發(fā)展，以醋酸為基礎(chǔ)的工業(yè)不僅直 接關(guān)系到化學工業(yè)的發(fā)展，而且與國民經(jīng)濟的各個行業(yè)息息相關(guān)，醋酸生產(chǎn)與消費正 引起世界各國的普遍重視，醋酸生產(chǎn)工藝及相關(guān)問題的研究開發(fā)正在日益加深和發(fā) 展。從最初的糧食發(fā)酵，木材干餾生產(chǎn)醋酸開始，合成醋酸的工藝路線主要有乙醛氧 化法、乙炔電石法、乙醇氧化法、乙烯氧化法、丁烷氧化法和羰基合成法等。這些方 法

3、都各有它的優(yōu)點和缺點，在選擇合成醋酸的路線時，應(yīng)與當?shù)氐脑腺Y源情況密切 聯(lián)系起來，因地制宜，按醋酸用量的大小，工業(yè)技術(shù)條件等作綜合的平衡.本設(shè)計采用成熟的乙醛氧化法合成醋酸.首先確定乙醛氧化法生產(chǎn)醋酸工藝流 程，其次對整個工藝過程進行物料和能量衡算， 然后對其中的單元設(shè)備一一精餾塔進 行設(shè)備設(shè)計，最后對此進行經(jīng)濟效益分析.1.1醋酸生產(chǎn)的歷史沿革早在公元前三千年，人類已經(jīng)能夠用酒經(jīng)過各種醋酸菌氧化發(fā)酵制醋。十九世紀后期，人們發(fā)現(xiàn)從木材干餾制木炭的副產(chǎn)餾出液中可以回收醋酸， 成為醋酸的另 一重要來源.但這兩種方法原料來源有限，都需要脫除大量水分和許多雜質(zhì)，濃縮提 純費用甚高，因此，隨著20世紀

4、有機化學工業(yè)的發(fā)展，誕生了化學合成醋酸的工業(yè).乙 醛易氧化生成醋酸，收率甚高，成為最早的合成醋酸的有效方法 .1911年，德國建成 了第一套乙醛氧化合成醋酸的工業(yè)裝置并迅速推廣到其它國家 .2早期的乙醛來自糧 食、糖蜜發(fā)酵生成的乙醇的氧化，1928年德國以電石乙炔進行水合反應(yīng)生成乙醛，是改用礦物原料生成醋酸的開始二次大戰(zhàn)后石油化工興起發(fā)展了烴直接氧化生產(chǎn)醋 酸的新路線，但氧化產(chǎn)物組分復(fù)雜，分 離費用昂貴因此19571959年德國 Wacher-chemie和Hoechst兩公司聯(lián)合開發(fā)了乙烯直接氧化制乙醛法后，乙烯一乙醛一醋酸路線迅速發(fā)展為主要的醋酸生產(chǎn)方法 70年代石油價格上升，以廉價易得、

5、原料 資源不受限制的甲醇為原料的羰基化路線開始與乙烯路線競爭。甲醇羰基化制醋酸雖開始研究于20年代，60年代已有BASF公司的高壓法工業(yè)裝置，但直到1971年美國 Mon sa nto公司的甲醇低壓羰基化制醋酸工廠投產(chǎn)成功，證明經(jīng)濟上有壓倒優(yōu)勢，現(xiàn)已取代乙烯路線而占領(lǐng)先地位。1989年世界醋酸總生產(chǎn)能力為480kt，套甲醇低壓羰 基化裝置的生產(chǎn)能力總計2000kt/a以上，除個別廠外，都已建成投產(chǎn)。中國工業(yè)生產(chǎn)合成醋酸同樣從發(fā)酵法、乙醇一乙醛氧化法及電石乙炔一乙醛氧化 路線開始，60年代末全國已形成60kt/a的生產(chǎn)能力.70年代開始發(fā)展乙烯路線，引進 了每套年產(chǎn)約7萬噸大型裝置.輕油氧化制醋

6、酸，天然氣制甲醇，低壓羰基化制醋酸 的工藝路線正積極研究?？梢钥隙ㄟ@些將會使我國的醋酸生產(chǎn)出現(xiàn)一個飛躍。1.2醋酸的物理性質(zhì)醋酸的主要物性數(shù)據(jù)列于表1-1名稱數(shù)值熔點，C沸點，C比熱容 CP, J/(g k)蒸汽液體溶解熱，J/g汽化熱，J/g黏度，mPa. s20 C25 C40 C介電常數(shù)液體16.66118. 0(101.3kp )1.110(25 C)2.043(19. 4 C)19.5394.5 (沸點時)11.8310.978.186.170 (20 C)固體2.665 (-10 C)折射率nD201.3719生成熱 Ho, kJ/mol液體（25C）-484.50氣體（25C）-

7、432.25燃燒熱 He, kJ/mol液體-874.8標準熵 So，J/(mol. k)液體（25C）159.8氣體（25C）282.5閃點（閉杯）C43離解常數(shù)0C4.7825 C4.7550 C4.79臨界壓力Pc, Mpa5.786表1-1純醋酸的物理性質(zhì)1.3醋酸的化學性質(zhì)1.3.1 酸性羧酸中，例如乙酸，的羧基氫原子能夠部分電離變?yōu)闅潆x子 （質(zhì)子）而釋放出來， 導(dǎo)致羧酸的酸性。乙酸在水溶液中是一元弱酸，酸度系數(shù)為4.8，pKa=4.75 （25C）, 濃度為1mol/L的醋酸溶液（類似于家用醋的濃度）的pH為2.4，也就是說僅有0.4% 的醋酸分子是解離的。乙酸的酸性促使它還可以與

8、碳酸鈉、氫氧化銅、苯酚鈉等物質(zhì)反應(yīng)。2CH3COOH + Na2CO3 2CH3COONa + C02 + H2O2CH3COOH + Cu(OH)2 (CH3COO)2Cu + 2H2O CH3COOH + C6H5ONa C6H5OH (苯酚)+ CHsCOONa1.3.2乙酸的二聚體,虛線表示氫鍵乙酸的晶體結(jié)構(gòu)顯，分子間通過氫鍵結(jié)合為二聚體(亦稱二締結(jié)物)，二聚體也 存在于120C的蒸汽狀態(tài)。二聚體有較高的穩(wěn)定性，現(xiàn)在已經(jīng)通過冰點降低測定分子 量法以及X光衍射證明了分子量較小的羧酸如甲酸、乙酸在固態(tài)及液態(tài)，甚至氣態(tài)以二聚體形式存在。當乙酸與水溶和的時候，二聚體間的氫鍵會很快的斷裂。 其它

9、的羧 酸也有類似的二聚現(xiàn)象。133 溶劑液態(tài)乙酸是一個親水(極性)質(zhì)子化溶劑，與乙醇和水類似。因為介電常數(shù)為 6.2，它不僅能溶解極性化合物，比如無機鹽和糖，也能夠溶解非極性化合物，比如 油類或一些元素的分子，比如硫和碘。它也能與許多極性或非極性溶劑混合，比如水， 氯仿，己烷。乙酸的溶解性和可混合性使其成為了化工中廣泛運用的化學品。1.3.4 化學反應(yīng)對于許多金屬，乙酸是有腐蝕性的，例如鐵、鎂和鋅，反應(yīng)生成氫氣和金屬乙酸鹽。因為鋁在空氣中表明會形成氧化鋁保護層，所以鋁制容器能用來運輸乙酸。 金屬的乙酸鹽也可以用乙酸和相應(yīng)的堿性物質(zhì)反應(yīng)，比如最著名的例子：小蘇打與醋的反 應(yīng)。除了醋酸鉻(II )

10、，幾乎所有的醋酸鹽能溶于水。Mg(s) + 2 CH3C00H(aq) (CHC00)2Mg(aq) + H 2(g)NaHC03(s) + CH3C00H(aq) CH3C00Na(aq) + C02(g) + H 20(1)乙酸能發(fā)生普通羧酸的典型化學反應(yīng)， 特別注意的是，可以還原生成乙醇，通過 親核取代機理生成乙酰氯，也可以雙分子脫水生成酸酐。同樣，乙酸也可以成酯或氨 基化合物。440C的高溫下，乙酸分解生成甲烷和二氧化碳或乙烯酮和水。1.3.5 鑒別乙酸可以通過其氣味進行鑒別。 若加入氯化鐵(III )，生成產(chǎn)物為深紅色并且會 在酸化后消失，通過此顏色反應(yīng)也能鑒別乙酸。乙酸與三氧化砷反

11、應(yīng)生成氧化二甲砷， 通過產(chǎn)物的惡臭可以鑒別乙酸。1.4醋酸的生產(chǎn)方法評述1.4.1甲醇羰基化大部分乙酸是通過甲基羰基化合成的。此反應(yīng)中，甲醇和一氧化碳反應(yīng)生成乙酸， 方程式如下CH3OH + CO f CH3COOH這個過程是以碘代甲烷為中間體， 分三個步驟完成，并且需要一個一般由多種金 屬構(gòu)成的催化劑(第二部中)(1) CH3OH + HI f CH3I + H2O(2) CH3I + CO f CH3COI(3) CH3COI + H 2O f CH3COOH + HI通過控制反應(yīng)條件，也可以通過同樣的反應(yīng)生成乙酸酐。因為一氧化碳和甲醇均是常用的化工原料，所以甲基羰基化一直以來備受青睞。4

12、早在1925年，英國塞拉尼斯公司的Henry Drefyus已經(jīng)開發(fā)出第一個甲基羰基化制乙酸的試點裝置。然而，由 于缺少能耐高壓(200atm或更高)和耐腐蝕的容器，此法一度受到抑制。直到1963年，德國巴斯夫化學公司用鉆作催化劑，開發(fā)出第一個適合工業(yè)生產(chǎn)的辦法。到了 1968 年，以銠為基礎(chǔ)的催化劑的(cis-Rh(CO) 2b-)被發(fā)現(xiàn)，使得反映所需壓力減到一個 較低的水平并且?guī)缀鯖]有副產(chǎn)物。1970年,美國孟山都公司建造了首個使用此催化劑 的設(shè)備，此后，銠催化甲基羰基化制乙酸逐漸成為支配性的方法(孟山都法)。590年代后期，BF化學成功的將Cativa催化法商業(yè)化，此法是基于釘，使用(l

13、r(CO)2b-) 它比孟山都法更加綠色也有更高的效率，很大程度上排擠了孟山都法。1.4.2乙醇氧化法由乙醇在有催化劑的條件下和氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)制得。工藝陳舊，生產(chǎn)規(guī)模小，原料和動力消耗高，應(yīng)嚴格控制，杜絕新建小規(guī)模生產(chǎn)裝置。1.4.3乙烯氧化法由乙烯在催化劑(所用催化劑為氯化鈀：PdCb、氯化銅：CuCl2和乙酸錳： (CH3COO)2Mn)存在的條件下,與氧氣發(fā)生反應(yīng)生成此反應(yīng)可以看作先將乙烯氧化 成乙醛，再通過乙醛氧化法制得。乙烯法醋酸雖然比乙炔法和酒精法先進，但與低壓甲醇羰基合成法相比，原料和動力消耗高，技術(shù)經(jīng)濟上缺乏競爭性，不宜再用該技術(shù)新 建裝置。原有裝置可借鑒乙烯直接氧化法進行改

14、造。1.4.4 丁烷氧化法丁烷氧化法又稱為直接氧化法，這是用丁烷為主要原料，通過空氣氧化而制得乙 酸的一種方法，也是主要的乙酸合成方法。1.4.5巴斯夫高壓法巴斯夫高壓法盡管已工業(yè)化多年，與其它原料路線相比，具有一定的競爭性；但與 低壓法相比，相應(yīng)壓力高，原料消耗定額高，副反應(yīng)多，工藝復(fù)雜。因此，不提倡發(fā)展高壓法。146 UOP/ 千代田工藝UOP/千代田工藝技術(shù)先進,在某些方面比BP技術(shù)更有吸引力，但還沒有工業(yè)化生 產(chǎn)裝置,引進的風險大。周修和 屆外合成醋酸概括J.石油化工，1993, 2(3):251263.如果 在對其風險性進行充分論證的情況下，可積極引進。1.4.7乙醛氧化法乙醛氧化法

15、在孟山都法商業(yè)生產(chǎn)之前，大部分的乙酸是由乙醛氧化制得。盡管不能與甲基羰基化相比，此法仍然是第二種工業(yè)制乙酸的方法。 乙醛可以通過氧化丁 烷或輕石腦油制得，也可以通過乙烯水合后生成。當丁烷或輕石腦油在空氣中加熱， 并有多種金屬離子包括鎂，鉆，鉻以及過氧根離子催化，會分解出乙酸。化學方程式如下：2 C4H10 + 5 O2 4 CH3COOH + 2 H2O此反應(yīng)可以在能使丁烷保持液態(tài)的最高溫度和壓力下進行，一般的反應(yīng)條件是 150C和55 atm。副產(chǎn)物包括丁酮，乙酸乙酯，甲酸和丙酸。因為部分副產(chǎn)物也有 經(jīng)濟價值，所以可以調(diào)整反應(yīng)條件使得副產(chǎn)物更多的生成，不過分離乙酸和副產(chǎn)物使得反應(yīng)的成本增加。

16、在類似條件下，使用上述催化劑，乙醛能被空氣中的氧氣氧化生成乙酸2 CH3CHO + O2 2 CH3COOH使用新式催化劑，此反應(yīng)能獲得95%上的乙酸產(chǎn)率。主要的副產(chǎn)物為乙酸乙酯， 甲酸和甲醛。因為副產(chǎn)物的沸點都比乙酸低，所以很容易通過蒸餾除去。第二章工藝流程設(shè)計綜合文獻分析，結(jié)合本地區(qū)特點，本設(shè)計采用乙醛氧化法生產(chǎn)醋酸工藝。乙醛液相催化自氧化合成醋酸是一強放熱反應(yīng)，總反應(yīng)式為：CH3CHO （液） 1O2 CH3COOH （液）H&8K - -294 kJ / mol2乙醛氧化時先生成過氧醋酸，再與乙醛合成 amP分解即為醋酸：ch3cho o2 二 ch3cooohCH 3COOOH CH

17、3CHO AMP 2CH 3COOH乙醛和催化劑溶液自反應(yīng)塔中上部加入，為了使乙醛不被大量惰性氣體帶走，工業(yè)上一般采用氧作催化劑，且氧分段鼓泡通入反應(yīng)液中，與乙醛進行液相氧化反應(yīng)， 氧化過程釋放的大量反應(yīng)熱通過外循環(huán)冷卻而移出， 出反應(yīng)器的反應(yīng)尾氣經(jīng)冷凝回收 乙醛后放空，反應(yīng)液首先經(jīng)蒸發(fā)器除掉醋酸錳催化劑，醋酸蒸汽則先經(jīng)精餾塔1蒸出未反應(yīng)的乙醛、甲酸、醋酸甲酯、水、三聚乙醛等輕組分，然后經(jīng)精餾塔2脫除高沸點副產(chǎn)物后得成品醋酸，要求純度99%其余的則進入醋酸回收塔回收粗醋酸 工藝流程圖如圖2-1:尾氣副產(chǎn)物傕化劑殘液圖2-1工藝流程圖第三章物料衡算3.1設(shè)計依據(jù)醋酸生產(chǎn)消耗定額見表3-1表3-1

18、消耗定額名稱單耗（每噸醋酸）乙醛770kg氧氣260m3冷卻水250m3醋酸錳2kg醋酸年產(chǎn)量：10萬噸選擇年開工時間：8000小時5則 每小時生產(chǎn)醋酸101000 = 12500kg/h8000根據(jù)消耗定額得每小時乙醛進料量為：1000 = 12500 x二9625kg770 x所以，選擇每小時乙醛進料量為 10000kg3.2氧化塔物料衡算（1）氧化塔物料衡算中的已知數(shù)據(jù) 每小時通入氧化塔的乙醛量為10000kg/h 氧化過程中乙醛總轉(zhuǎn)化率為99. 3% 氧化過程中氧的利用率為98. 4% 氧化塔塔頂補充的工業(yè)氮使其濃度達到 45% 未轉(zhuǎn)化的乙醛在氣液相中的分配率（體積 %） 氣相：34%

19、 液相：66% 原料組成見表3-2原料乙醛% （質(zhì)量）工業(yè)氧% （質(zhì)量）工業(yè)氮% （質(zhì)量）催化劑溶液% （質(zhì)量）乙醛 99. 5氧氣98氮氣97醋酸60醋酸 0. 1氮氣2氧氣3醋酸錳10水0. 3水30三聚乙醛0. 1表3-2原料組成11催化劑中醋酸錳用量為氧化塔進料乙醛重量的0. 08%氧化過程中乙醛的分配率121主反應(yīng)CH3CHO 02 CH 3C O O H 96%2副反應(yīng) 3CH 3CHO 3O2 HCOOH 2CH 3COOH CO2 H2O 1.4%3CH 3CHO O2 CH3CH OC OCH2 H2O0. 25%32CH3CHO 02 CH3COOCH3 C02 H2O0.

20、 95%22CH 3CHO 5O2 4CO2 4H 2O1.4%（2）氧化塔物料衡算圖見圖3-1匡氣圖3-1氧化塔物料衡算圖(3)反應(yīng)式衡算純乙醛量：10000 99. 5%=99501 主反應(yīng) CH3CHO 丄02 CH3COOH 96%2a. 乙醛用量：9950 . 993 96=9485. 14kgb. 需用氧量(x)44:16=9485. 14:xx=3449. 14kgc. 生成醋酸量(y)44:60=9485. 14:yy=12934. 28kg 畐【J反應(yīng)3CH 3CHO 3O2 HCOOH 2CH 3COOH CO2 H 2O 1.4%a. 乙醛用量：9950 X). 993

21、014=138. 32kgb. 需用氧量(x)132:96=138. 32:xx=100. 60kgc. 生成醋酸量(y)132:120=138. 32:yy=125. 75kgd. 生成甲酸量(z)132:46=138. 32:zz=48. 20kge. 生成水量(w)132:18=138. 32:ww=18. 86kgf. 生成二氧化碳量(v)132:44=138. 32:vv=46. 11kg 副反應(yīng) 3CH 3CHO O2 CH3CH OC OCH2 H 2O0. 25%a. 乙醛用量：9950 X). 993 0025=24. 70kgb. 需用氧量(x)132:32=24. 70:

22、xx=5. 99kgc. 生成亞乙基二醋酸量(y)132:146=24. 70:yy=27. 32kgd. 生成水量(z)132:18=24. 70:zz=3. 37kg3 畐【J反應(yīng) 2CH 3CHO 3O2 CH3COOCH3 CO2 H2O0. 95%2a. 乙醛用量：9950X0. 993 0095=93. 86kgb. 需用氧量(x)88:48=93. 86:xx=51.20kgc. 生成醋酸甲酯量(y)88:74=93. 86:yy=78. 93kgd. 生成二氧化碳量(z) 88:44=93. 86:zz=46. 93kge. 生成水量(w)88:18=93. 86:ww=19.

23、 20kg 副反應(yīng) 2CH3CHO 5O2 4CO2 4H2O1.4%a. 乙醛用量：9950X0. 993 0.014=138. 32kgb. 需用氧量(x)88:160=138. 32:xx=251.49kgc. 生成水量(y)88:72=138. 32:yy=113. 17kgd. 生成二氧化碳量(z) 88:176=138. 32:zz=276. 64kg根據(jù)反應(yīng)式衡算出來的反應(yīng)物總耗量及反應(yīng)生成物總量如下： 反應(yīng)掉的乙醛總量10000X). 995 X 993=9880. 35kg 未轉(zhuǎn)化的乙醛量10000X0. 995 0. 007=69. 65kg(其中液相中乙醛含量 69. 6

24、5X0. 66=45. 97 氣相中乙醛含量 69. 65X0. 34=23. 68kg) 反應(yīng)掉的氧氣總量3449. 14+100. 60+5. 99+51.20+251.49=3858. 42kg則所需工業(yè)氧氣量3858.424001.18kg0.98 7.984其中： 氧氣=40014. 8 & 98=3921. 16kg 氮氣=4001. 18 & 02=80. 02kg所以未反應(yīng)的氧氣=3921. 16-3858. 42=62. 74kg 反應(yīng)生成物重量醋酸：12934. 28+125. 75=13060. 03kg二氧化碳：46. 11+46. 93+276. 64=369. 68

25、kg 水：18. 86+3. 37+19. 20+113. 17=154. 60kg 甲酸：48. 20kg亞乙基二醋酸酯：27. 32kg醋酸甲酯：78. 93kg(4) 催化劑用量已知催化劑溶液中醋酸錳用量為氧化塔進料乙醛重量的0.08%,催化劑中醋酸錳的含量為10%，設(shè)催化劑溶液用量為x0.000810000 x =0.1x= x= 80.65kg其中： 醋酸錳 80. 65 0.仁8. 06kg水 80. 65 0. 3=24. 20kg醋酸 80. 65 & 6=48. 39kg(5) 保安氮用量 設(shè)保安氮為xkg塔頂干氣量計算：氮氣：80. 02+0. 97x氧氣：62. 74+0

26、. 03x二氧化碳：369. 68kg80.02 0.97x則80.02 +62.74 + x + 369.68（其中氮氣： 塔頂干氣量=45%x=289. 57kg整理以上數(shù)據(jù),289. 57 區(qū) 97=280. 88kg 氧氣: 氮氣：80. 02+0. 97x=360. 90kg 氧氣:62. 74+0. 03x=71.43kg 二氧化碳:369. 68kg列出氧化塔物料平衡結(jié)果，見表289. 57 區(qū) 03=8. 69kg)3-3表3-3氧化塔物料衡算結(jié)果料 進料 出量 含k9)/( 量 質(zhì)%/( 量 含/( 量 質(zhì)原料乙醛醛 醛 酸 K 乙 乙 醋 7 聚三5 0 0 09 13 1

27、9氧化液酸酯 醋 醛 孟 酸甲氏酸醛 乙！! 醋 酸 7 基 甲 乙 聚！| 醋 乙 三F 亞0 0 0 8 9 8 87 8 5 6 3 3 1 O 9601.000 00箔工業(yè)氧氣 氣 氧 氮陰 2工業(yè)氮氣氣 氮氧973訃8催醋酸6048. 39二氧化碳369. 68化 劑水3024. 20放空氮氣360. 90醋酸錳108. 06廢氣氧氣71.43乙醛23. 68總計14371.40kg14371.40kg3.2蒸發(fā)器物料衡算已知數(shù)據(jù)： F = 13362.6kg/hXo=O.O7% （進料中醋酸錳含量） 捲=8.0% （完成液中醋酸錳含量）蒸發(fā)器進出物料圖見圖3-2F器圖3-2蒸發(fā)器進

28、出物料圖二 L =116.92kg/h=W =13245.68kg/h列衡算式：F xL x,/ 、W=F 1-生I x，丿3.3精餾塔物料衡算3.3.1精餾塔1物料衡算已知數(shù)據(jù)：（1）進料流量 13245. 68kg/h（2）醋酸質(zhì)量分數(shù)0. 968,水的質(zhì)量分數(shù)0. 0154（3）餾出液中醋酸含量3%,釜液中醋酸的回收率為98%（4）醋酸和水的摩爾質(zhì)量分別為 60kg/kmol和18kg/kmol精餾塔1進出物料圖見圖3-3圖3-3精餾塔1進出物料圖則：進料組成Xf0.0154/180.0154/18 0.968/60二 0.0504進料平均摩爾質(zhì)量 Mm =0.0504 181 -0.0

29、50460 = 57.88kg / kmol進料流量 F 二 1324568 = 228.85kmol / h57.88列衡算式：F = DFXf =DXd WXwDXdfx?=0. 97W(1 -Xw)F(1-Xf)=0. 98D 二 15.54kmol / h 得：W =213.31kmol/hXd =0.72Xw =1.59 10即： D = 419.76kg/hW = 12798.6kg /h已知數(shù)據(jù)：(1)進料流量 F=12825.92kg/h2)進料醋酸含量98%,3.3.2精餾塔n物料衡算釜殘液醋酸含量10%，成品醋酸含量99. 8% 精餾塔2進出物料圖見圖3-4成呂醋酸/精塔n

30、高沸物L圖3-4精餾塔2進出物料圖列衡算式： F二W LF 0.98 二 W 0.998 L 0.1得：W =12568.83kg / hL=257.09kg/h3.4醋酸回收塔物料衡算已知數(shù)據(jù)：(1)進料流量 F=419.76+257.09=676.85kg/h(2)經(jīng)回收后得到粗醋酸含量 65%以上(按65%計算)(3)從精餾塔出來的醋酸含量20%,畐寸產(chǎn)物中含5%的醋酸 醋酸回收塔進出物料圖見圖3-5副產(chǎn)物X回塔列衡算式：F=X+YFX）. 2=0. 05X+0. 65Y得：X=507.64kg/hY=169.21kg/h整理以上數(shù)據(jù)，得總物料衡算結(jié)果，見表3-4表3-4總物料衡算結(jié)果進

31、料岀料名稱質(zhì)量（kg）名稱質(zhì)量（kg）乙醛9950二氧化碳369. 68乙醛醋酸10放空氮氣360. 90水30廢氣氧氣71.43三聚乙醛10乙醛23. 68工業(yè)氧氣氧氣3921. 16氮氣80. 02催化劑殘液116. 92工業(yè)氮氣氮氣280. 88成品醋酸12568.83氧氣8. 69粗醋酸169.21醋酸48. 39其它副產(chǎn)物量690.74催化劑水24. 20醋酸錳8. 06總計14371.40kg14371.40kg第四章精餾塔的設(shè)計4精餾塔設(shè)備設(shè)計已知數(shù)據(jù):(1)由前面物料衡算，得F = 228.85k mc/lhD = 15.54k m c/hW = 213.31k m c/hXf

32、X DXW= 0.0504 M = 57.88kg / k m c l= 0.72759 10“(3)塔頂溫度13: 100103C塔底溫度：118124C 常壓精餾：P=101.3kp水和醋酸的安托尼常數(shù)見表5-1表5-1水和醋酸的安托尼常數(shù)14常數(shù)ABC水醋酸7. 074066. 424521657. 461479. 02227. 02216. 82igP0BCt設(shè)備設(shè)計過程:4.1回流比和理論塔板數(shù)的計算(1) 相對揮發(fā)度的計算假設(shè)泡點t=116. 5C對水：對醋酸:則lg pA =7.07406lg pB = 6.42452P - Pb 00pA - pB1657.46227.02 1

33、 1 651479.02216.82 116.5101.3-97.12177.46 -97.12= 2.24 9= 1.9873二 0.0509pA =177.46kppB -97.12kp與x =0.0504十分接近，故假設(shè)t=116. 5C (泡點)正確 則相對揮發(fā)度二177.46 =1.8397.12(2) 回流比R的計算設(shè)進料為泡點進料根據(jù)公式18Rmin1 Xd ： 1 _ Xd1 | Xf 1 - Xf帶入已知數(shù)據(jù)，得Rmin -16.56取 R = 1.50 Rmin =1.5 16.56 =25(3) 理論塔板數(shù)的計算利用簡潔法計算理論塔板數(shù)全回流時理論板層數(shù)18NminR -

34、 Rmin25 T6.5625 1二 0.32由附錄一吉利蘭圖查得N -NminN 2N -14230.38N 2精餾段理論板層數(shù)N minlg_1 二 7.04橫坐標 R 一 Rmin =0.3不變，則縱坐標讀數(shù)也不變R +1Ni -NminNi 2= 0.38=弘=12.14所以加料板為從塔頂往下數(shù)第12層4.2塔的有效高度計算(1) 全塔效率Et =0.49 L 0.24河其中：:相對揮發(fā)度-L 塔頂與塔底平均溫度下的液相粘度mpa查得：-L = 0.64mpa s0 245貝UEt =0.49 1.83 0.64 .=0.61(2) 塔的有效高度z =矗-Ht1EtJ其中：Nt 塔內(nèi)所

35、需理論板層數(shù)H t 塔板間距m (取H t = 0.5m) 24、貝 UZ1 0.5=19.17m61丿2. 0m取上層塔板與塔頂蓋之間的距離為1. 0m,取下層塔板和塔底之間的距離為所以精餾塔總高度為H =Z 1.0 2.0 = 22m4.3塔徑的計算(1) 氣液相密度 液相密度 幾=939.1kg/m3 氣相密度(以進料狀態(tài)計算)由 PV 二 nRTPM 二匚 RT空RT103 788 =1叫卅8.314 389.5(2)氣液相流量氣相流量VsVM液相流量LS3600 *LM3600 幾R 1 DM3600-vRDM3600l(3)塔徑的確定塔徑u 由 Umax 二 Cp _ pl v得到

36、，式中c由C =C20C20由附錄二史密斯關(guān)聯(lián)圖查得，其橫坐標為26 仮54 57.8860m3/s3600 1.8125 伍5457.880067m3/s3600 939.10.2L 計算，其中匚L =18.4mN/m120；1939.1 20.0423.601.81取板間距Ht = 0.50m，板上液層高度hL = 0.07m，貝U Hh 0.43m查圖,得 C20 = 0.10m/ s0.2-L20 0.1018.4 20 098所以Umax= 0.098939.1 Th = 2.23m/s1.81取安全系數(shù)為0. 65,則空塔氣速u =0.65Umax - 1.45m/s所以塔徑4Vs

37、D U4 3.60= 1.78m3.14 1.45塔截面積：. 2 2AD = 2.54m4空塔氣速3.60u1.42 m/s2.54按標準塔徑圓整后，取D = 1.80m4.4塔板設(shè)計從塔板的生產(chǎn)能力、板面利用率、結(jié)構(gòu)、造價等方面考慮進行比較后，選擇篩板 塔(1) 溢流裝置計算根據(jù)塔徑及液體流量與溢流類型的關(guān)系，可選用單溢流弓形降液管，采用凹型受液盤，各項計算如下 堰長 lw取lw =0.80D =0.80 1.8 1.44m 溢流堰高度hw由 hw 二 h -hw2選用平直堰，堰上液層咼度how由how2*4 e - 一計算，其中E由附錄三液流1000出丿收縮系數(shù)圖可查，其橫坐標為2 2i

38、f/oogoof = 8.70 Uw 丿 i 1.44 .丿2 84查得 E=1.00,貝U howx1.00x8.70 =0.02m1000故 hw = hL how = 0.07 -0.02 = 0.05m其符合范圍0.1 - how 一 hw 一 0.05 - how 弓形降液管寬度Wd和截面積Af由3=0.80,查附錄四弓形降液管參數(shù)圖，得 乞=0.15,叫=0.20DAtD故 Af -0.15AT -0.15 2.50.381m2Wd =0.20D =0.20 1.80 =0.36m3600Af H t檢驗液體在降液管中停留時間=20.43 5s3600 0.381 0.500.00

39、67 3600故降液管設(shè)計合理 降液管底隙高度h。取液體通過底隙時的流速U0 =0.11m/sLhI36001 wU0二 0.042m0.0067 36003600 1.44 0.11hw - h0 = 0.05 - 0.042 = 0.008m0.006m故降液管底隙高度設(shè)計合理，選用凹型受液盤，深度hw =50mm(2) 塔板布置因 D 1.5m，取 Ws 二 0.1m,Wc 二 0.07m(3) 篩孔計算及其排列本設(shè)計中所處理的物系有腐蝕性，可選用 ：.=2.5mm的不銹鋼塔板，篩孔直徑d0 = 2= 5mm篩孔按正三角形排列，取孔中心距t =：3d。=15mm篩孔數(shù)目1.55Aa nt

40、2其中Aa2飛2丄町 .JL Xx 十sin 180 r /D1.80xWd Ws2 2D1.80rWc0.072 2-0.360.1 A0.44m=0.83m.2 兀況 0.832 i 0.44 O44 +FTSln 品-1.39m2所以.155 1.39“ 一 0.01527135 個開孔率0.907F丿= 0.907 0005 =10%11=0.56 0.07 =0.038m（液柱） 液體表面張力所產(chǎn)生的壓降4 18.4 104匚418410亠PLgd。= 939.仆9.8仆0.0 0 5 0.0 1m（液柱）計算表明，液體表面張力所產(chǎn)生的壓降很小，可忽略不計所以，塔板壓降hp = hc

41、 h 0.078 0.039 =0.117m（液柱）每層塔板的壓降：Pp 二hprLg =0.117 939.1 9.81 =1077.87pa（2）液泛為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高Hd應(yīng)服從Hd空Ht - hw醋酸一水屬一般體系，取安全系數(shù)，=0.5貝UHt hw =0.5 0.50 0.0-0.275m而 Hd 二 hp hi hd其中，hp =0.117m由于板上不設(shè)進口堰，則hd =0.153u。2 =0.153漢0.112 = 0.0018m（液柱）所以 Hd =0.117 0.008 0.07 =0.19m（液柱） 符合 Hd 乞:Hthw故不會發(fā)生液泛現(xiàn)象（3）漏液對篩板塔

42、，取漏液量10%時的氣相動能因子為F。=10U0 minF0.匚 1.81實際孔速u0 = 22.03m/s穩(wěn)定系數(shù)K =比二 2203 二 2.47 u0mn7.43符合1 ： K 3，故不發(fā)生漏液現(xiàn)象（4）液沫夾帶ev5.7 10Ua-h3.2其中ua = 1.6 6 7n/ shf =2.5hi =2.5 0.07 =0.175m5.7 1018.4 10(1.667|323.500.175=0.058kg 液 從9氣(0.1kg液/kg 氣)故液沫夾帶量在允許范圍內(nèi)4.6塔板負荷性能圖(1)漏液線前已求得 Uomin = 7.43m/s故 Vsmin = d0nu0min =漢 0.0

43、05 漢 7135 匯 7.43 = 1.040m /s44據(jù)此可作出與液體流量無關(guān)的水平漏液線 1(2) 液沫夾帶線以ev = 0.1kg液/kg氣為限，求Vs Ls關(guān)系如下:5.7 1032Ua:二 LUaVsVsVsS 2.1 5 9A -Af 2.5 0-0.3 8 1hf=2.5hl =2.5 hwhw二 0.05mhw辱1000 l w空110002勺60Ql s運 1.54 丿2-0.50LS3hf= 2.5 0.05 +0.05Ls3 =0.125 + 0.125Ls3Ht-hf2= 0.375 -0.125Ls?32所以ev5.7 1018.4 102.159 0.375 -

44、0.125Ls22整理，得 Vs =4.924 -1.641 Ls列表計算如下:3Ls/(m3/s)0. 0050. 0100. 0200. 030Vs/(m3/s)4. 9984. 9804. 8504. 790由上表數(shù)據(jù)即可作出液沫夾帶線 2(3) 液相負荷下限線對于平直堰，取堰上液層高度2how二0.006m作為最小液體負荷標準u 2.84 l3 6 0LS 塔_而0 (= 0.006L Sminlw20.006 000 V1 4430.0012m /s2.843600據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負荷下限線3(4) 液相負荷上限線以/ =5s作為液體在降液管中停留時間的下限5LSL

45、s,maxAfHTe0.381 0.5053=0.0381m /s據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負荷上限線4(5) 液泛線令 HdHt hw由 Hd = hp +hL + hd ;hp =山 +h| +人5 九=Bh|; h = h how聯(lián)系，得 H T -；T how = :1 how hc hdhc忽略h；,將how與Ls；hd與Ls；hc與V的關(guān)系式帶入上式，并整理，得2 2 2 a Vsb _ c L s d Ls3其中,0.051Pv ”(AcC八Pl丿兀 2(A。d 0 n)二：Ht 川精1 hw0.153= 2.84 10 JE 1-將有關(guān)數(shù)據(jù)帶入，得0.0511.81、工

46、0.0052 x 7135x0.75】，939.1 丿二 0.00891-0.5 0.500.5-0.56 -10.05 = 0.1970.153= 41.831.44 0.042心4忻偵1 0.56鬻3-0.8160.00891Vs2 =0.197 -41.83Ls2 -0.816Ls空列表計算如下:3LS/(m3/s)0. 0040. 0100. 0200. 030VS/(m3/s)4. 4504. 1703. 6003. 001由以上數(shù)據(jù)即可作出液泛線 5根據(jù)以上各方程，可作出篩板塔的負荷性能圖，見圖5-10.0000.0050.0100.0150.0200.0250.0300.0350.0403Ls/m /s圖5-1篩板塔的負荷性能圖在負荷性能圖上，作出操作點A，連接OA，既作出操作線，由圖可看出，該篩板的操作上限為液泛控制，下限為漏液控制，由圖查得33Vs,max = 4.20m /s,Vs,min =1.04m /s故操作彈性